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1、第1课时 基因工程的发展历程和工具,第一章 基因工程,学习目标,1.说出基因工程诞生的理论与实践依据、发展阶段和基因工程的含义及主要实验成果。 2.举例说出限制性核酸内切酶的作用、特点。 3.举例说出DNA连接酶的作用。 4.简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。,基础知识导学,重点难点探究,随堂达标检测,栏目索引,基础知识导学,一、基因工程的发展历程 1.基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程。阅读教材，填写下表：,答案,DNA分子双螺旋结构,DNA聚合酶,答案,DNA半保留复制,中心法则,遗传密码,质粒
2、,DNA连接酶,逆转录酶,限制性核酸,内切酶,基因组,2.我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“剪切”和“拼接”，然后导入棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达(如图)。,答案,由上述资料填写下表，理解基因工程的概念。,基因(DNA),DNA分子,DNA重组,转基因,3.分析DNA的平面结构，回答问题：,答案,(1)配对的碱基之间是如何连接的？ 什么条件会使该类化学键发生断裂？ 答案 碱基配对时，A与T之间形成 两个氢键，G与C之间形成三个氢键。可用解旋酶断裂，也可高温断裂。(2) 磷酸与脱氧核糖是
3、如何连接的？该化学键的名称是什么？ 答案 每个脱氧核糖上连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上。磷酸与脱氧核糖之间的化学键为磷酸二酯键。,二、基因工程的工具酶 1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶(限制酶) (1)限制酶主要来源于什么生物？大约有多少种？ 答案 主要是从近300种微生物中分离纯化出来的。迄今从微生物中分离出了约4 000种限制酶。 (2)限制酶的功能特点是什么？其作用部位是什么化学键？ 答案 特异性很高，能够识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列，其作用部位是每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。,答案,答案,错位切,平切,黏性,平口,2.“分子针线”DNA连接酶 (
4、1)DNA连接酶的作用是什么？ 答案 将双链DNA片段之间的磷酸二酯键连接起来。 (2)试比较解旋酶、限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用的异同。 答案 解旋酶使DNA的氢键断开；限制酶使DNA的磷酸二酯键断开形成黏性末端或平口末端；DNA连接酶使DNA片段 之间重新形成磷酸二酯键；DNA聚合酶则催化 单个的脱氧核苷酸间形成磷酸二酯键聚合成DNA 的一条链。如图所示：限制酶、DNA连接酶和DNA 聚合酶作用于a(磷酸二酯键)，解旋酶作用于b(氢键)。,答案,三、“分子搬运工”载体 1.常用的载体有哪些？最常用的载体是什么？ 答案 质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。其中最常用的载体是质粒。
5、2.什么是质粒？质粒属于细胞器吗？ 答案 质粒来源于许多细菌和酵母菌等生物，是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状DNA分子。质粒不属于细胞器，原核细胞只有核糖体一种细胞器。,答案,3.结合课本内容及图示质粒结构，分析质粒作为载体应具备哪些条件？,答案,答案 (1)含有复制原点且能保证在受体细胞中进行独立复制的复制区；(3)具有目的基因插入位点。,(2)独特的标记基因；,4.质粒上存在的标记基因有何用途？ 答案 重组质粒上携带的标记基因进入受体细胞后，可通过标记基因进行鉴定和选择。如被含抗生素抗性基因的重组质粒侵入的大肠杆菌，可产生对抗生素的抗性，能够在含有
6、抗生素的培养基上产生菌落，而没有侵入该质粒的大肠杆菌不能存活。,答案,返回,重点难点探究,一、DNA分子的“剪切”和“拼接” 如图为DNA分子的切割和连接过程，据图回答下列问题。,答案,(1)EcoR是一种_酶， 其识别序列是_，切割位点 是_与_ 之间的_键。切割结果产生的DNA 末端片段形式为_ 。,限制性核酸内切,GAATTC,鸟嘌呤脱氧核苷酸,腺嘌呤脱氧核苷酸,磷酸二酯,黏性末端,Ecoli DNA,鸟嘌呤脱氧核苷酸,腺嘌呤脱氧核苷酸,磷酸二酯,T4DNA连接酶,(2)不同来源的DNA片段结合，在这里需要的酶是_连接酶，此酶的作用是在_ 和_之间形成_键而起缝合作用的。还有一种连接平口
7、末端的连接酶是_。,解析 限制酶能识别特定的脱氧核苷酸序列(碱基序列)，并使两个特定核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，DNA连接酶的作用是将不同来源的DNA片段连接起来。,解析答案,二、“分子搬运工”载体 在基因工程中，需要使用限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是GGATCC，限制酶的识别序列和切点是GATC。,(1)上述质粒用限制酶_切割，目的基因 用限制酶_切割。 (2)将切下的目的基因片段插入质 粒的切口处，还要加入适量的_。,答案,DNA连接酶,(3)请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：_。 (4)不同生物的基因可以拼接的结构基础是_。 (5)酶切产物用
8、DNA连接酶连接后，其中由两 个DNA片段之间连接形成的产物有_、_、_三种。,检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞,DNA结构基本相同(其他合理答案亦可),目的基因载体连接物,载体载体连接物,目的基因目的基因连接物,返回,答案,1.下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的是( ),随堂达标检测,1,2,3,4,5,解析答案,A.通常情况下，a与d需要用同一种限制酶进行切割 B.b能识别特定的核苷酸序列，并将A与T之间的氢键切开 C.c连接双链间的A和T，使黏性末端处碱基互补配对 D.b代表的是限制性核酸内切酶，c代表的是RNA聚合酶,解析 b是限制性核酸内切酶
9、，能识别特定的脱氧核苷酸序列并使DNA分子的每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，而不是使氢键断开； c是DNA连接酶，能连接两个DNA片段。 答案 A,1,2,3,4,5,2.关于限制酶识别序列和切开部位的特点，叙述错误的是( ) A.所识别的序列都可以找到一条中轴线 B.中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的 C.只识别和切割特定的脱氧核苷酸序列 D.在任何部位都能将DNA切开 解析 一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割DNA分子。,解析答案,1,2,3,4,5,D,3.质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它( ) A.含蛋白质，从
10、而能完成生命活动 B.能够自我复制，且能保持连续性 C.含RNA，能够指导蛋白质的合成 D.具有环状结构，能够携带目的基因 解析 质粒存在于细菌和酵母菌等微生物中，是一种很小的环状DNA分子，其上有标记基因，便于检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞DNA的复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。,B,解析答案,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析答案,C,4.下列关于DNA连接酶的叙述，不正确的是( ) A.可催化相同黏性末端的DNA片段之间的连接 B.可催化相同平口末端的DNA片段之间的连接 C.可催化两个黏性末端互补碱基氢键的形成 D.可催化DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间磷酸二酯键的形成 解析 氢键是分子间作用力，其断裂和形成与DNA连接酶无关。,5.下列哪项不是基因工程中经常使用的载体( ) A.细菌质粒 B.噬菌体的衍生物 C.动植物病毒 D.细菌拟核区的DNA 解析 细菌拟核区的DNA分子不具备载体的基本条件，不能用作基因工程的载体。,返回,1,2,3,4,5,解析答案,D,
